高中物理分层合作实验教学的实践探索

刘玉聪

摘 要：实验是物理学科教学的重点内容，优化设计物理分层合作实验教学模式，加强实验实践，对有效弥补学生个体的素质差异性、增进团队合作学习能力、提升实验课堂效率等具有十分重要的教学价值和作用。文章结合鲁科版高中物理必修3“測电源电动势和内阻”实验教学，通过概述物理分层合作实验教学的内涵，分析了高中物理实验教学的现状，探索实践分层合作实验教学的有效路径，助推素质教育，更好地促进学生的实验操作和创新能力的培育。

关键词：高中物理；实验教学；分层合作教学模式；实践路径

高中生在知识基础、兴趣爱好、认知能力、操作技能、创新素质等方面具有鲜明的差异性特征。所以，在实验教学中，教师要坚持因材施教的教育理念，全面认识和尊重学生的这些差异化学情，通过分层设计实验课堂教学模式，引领学生参与互助合作实验探究，切实促进物理实验教学提质增效。

一、物理分层合作实验教学的内涵

物理分层合作实验教学即教师在物理实验教学过程中，结合各个层次学生的知识基础、认知水平、探究能力、学习心理和兴趣性格等个别化、差异化特征，设置难易程度不同、操作要求不同、达成实验目标不同的实验项目，施以必要辅助，鼓励学生小组加强合作，组员之间进行互帮互助和互动交流，共同经历实验分析、猜想、探究、验证等过程，让各个学习程度的学生都能在实验探究中学有所成、练有所获，实现实验操作技能和创新创造能力的培养。

二、高中物理实验教学的现状分析

（一）物理实验教学创新不足

有些教师坚持开展物理实验教学，但沿用的实验课教学模式陈旧僵化，设计的实验活动形式呆板，无法贴近学生的最近发展区，因材施教并未落到实处，常忽略运用新颖有效的实验教学理念，在课堂中习惯于“包办”实验操作，未充分体现学生的主体地位，未给学生留足自主活动和实验操作的空间，制约了学生的实验综合能力的提升和发展。

（二）学生合作实验能力薄弱

在高中物理实验中，不同层次学生的实验综合能力两极分化极为突出，他们对物理实验知识的理解、动手操作能力、实验探究热情、参与实验效果等具有鲜明的差异性。许多学生的合作实验能力不强，在参与物理实验时，不认真聆听教师讲解的实验原理、操作程序和注意要项，做实验缺乏思考，只会沿着教师的思路和演示，套用现成的实验步骤，象征性进行实验操作；不注重实验操作规程，模仿和动手能力差，错误频发，常常忽略做好实验数据的及时整理和总结分析。

三、高中物理分层合作实验教学的实践路径

本文选取鲁科版高中物理必修3“测电源电动势和内阻”实验，从学生分层、目标分层、实验过程分层、实验评价分层等四方面进行探索设计实验环节。

（一）优化学生分层，组建合作实验小组

1.把握学生学情

学生通过以往学习，能运用闭合电路欧姆定律来计算电源的电动势和内阻；能将物理关系式回归到函数关系式中探寻变量和因变量，但转换的过程还不够熟练；他们初步具备了运用图像处理数据的思维，但成功的体验较少，还未培育形成主动探索的学习意识；各个小组在讨论解决问题过程中的效率相对较低，亟须教师的规范引导。

2.开展学生分层

做好学生分层是开展物理分层合作实验教学的基本前提和首要工作。在本实验教学前，教师要结合调查研究和日常观察，通过深入了解学生的物理知识基础、认知能力、兴趣态度、学习习惯、智力水平等差异化学情，根据他们的实验实际情况，有针对性地把学生合理划分成A、B、C三个层次。A层学生为优秀生，物理学科基础知识扎实，学习和接受能力突出，自觉性和主动性强，善用有效的实验方法，实验能力和水平优秀。B层学生为中等生，他们的物理基础和认知水平较为一般，学习自觉性较好，具有一定的进取心，实验能力较强。C层为后进生，他们在知识基础、学习能力、实验能力和水平等方面较弱，主动学习的积极性和接受能力也较差，实验能力和参与实验活动综合表现往往欠佳。

3.组建合作小组

在此基础上，教师将各层次学生合理组合成实验小组，鼓励他们加强组内互助合作，共同努力开展物理实验探究[1]。在各小组中，学生可以通过相互帮助、取长补短，朝着小组的共同实验目标一起齐心协力、追求探索。所以，即使是小组中那些物理实验能力突出的优秀生，也毫无理由去歧视组内的后进生，而应各个成员都积极发挥好自身在小组中的作用。教师在指导实验过程中，会加强观察和了解，适时微调各组的组合和成员搭配，让后进生在分组实验中当好“帮手”，协助搜集、记录各种实验数据，发挥他们的热情和干劲；督促中等生多引导和提携后进生，带领他们一起努力争取进步；优秀生则带好头，带领全组成员共同探究实验，帮助解决组内遇到的共性问题。

例如，在本实验教学前，教师先联系学生的物理学科知识、能力和水平等综合表现，将他们划分、组合在不同的实验小组。全体小组一般都要求在30分钟内完成这个实验操作，对合作实验、探究能力较强的小组，教师就可以适当把他们的小组实验要求提高一些，要求他们能利用15分钟来完成实验操作，掌握好整个实验的操作流程，接着利用余下的课堂时间去帮助组内那些较为后进的成员。这样，借助科学的分层合作物理实验探究，各组成员积极指向共同的实验目标，齐力参与探索研究电源电动势和内阻的原理，有效提升了掌握知识的效率。

（二）分层设计目标，循序指导合作实验

1.分层设计实验目标

高中物理新课程标准中提出了实验教学的目标，强调要重视通过实验活动，掌握丰富的实验原理，培育和提高学生的物理学习兴趣（知识）；注重提高学生的物理实验能力，培养科学探究能力（能力）；培养实事求是的科学态度和合作学习精神

（情感）。

结合上述物理实验能力培养目标，为促成真正达成实验教学目标，教师必须坚持因材施教原则，紧扣实验教材和学生的物理学习实况，为各个层次学生分层设置相应的实验目标，让他们都可以在合作实验活动中实现既定目标，促进物理实验能力的提升[2]。在本实验中，教师可以从基础性目标、提高性目标、发展性目标三个层次进行物理实验目标的分层设计。其中，基础性目标侧重培养学生的基础运用和分析的实验能力，即要求所有学生都要掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的有效方法，通过设计电路和选择实验仪器，拓展实验思路，激发实验兴趣。发展性目标强调的是物理基础良好的学生能通过深化教材学习和拓展训练，形成从事复杂实验分析和综合运用的素质，即养成善于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断探索的科学精神，培养观察能力、思维能力和操作能力，提升对物理学习的动机和兴趣。

2.落实具体合作要求

具体而言，这些分层实验目标落实在各个层次学生身上，提出了不同的要求。如对C层后进生，要求他们能在实验中激发应有的兴趣，能在教师指导下，或组内优秀生和中等生的鼓励和帮助下完成基础性实验工作；对B层中等生，要求他们能保持实验热情，团结各个组员完成物理实验，认真搜集、处理和分析实验数据，合作得出实验结论；对A层优秀生，要求能带领全体组员深入开展实验探究，完成实验任务，得出实验结论，总结获得实验规律，能联系相关实验，创设类似实验方法，进一步改进和创新实验。

例如，在本实验教学中，教师通过将学生分组之后，对那些物理学习能力较弱的后进生，要求他们在实验课中只要能掌握好最基础的实验流程就可以；而对那些优秀生，则要求他们尽可能利用简短时间掌握实验流程，充分发挥实验能力强的优势，利用课中空余时间带领和帮助中等生，拉后进生一把，一起努力测量得出电池电动势和内电阻的方法。当发现学生在实验中仍存在不足之处，教师在必要时还可以设计一些基础类、提高类、发展类实验，让他们都瞄准自己的实验小目标，进行合作拓展训练，查缺补漏，巩固实验成果，进一步提升实验能力。

（三）分层设计过程，引领合作实验探究

分层合作实验过程设计是整个实验教学最重要的环节。在分层设计学生小组和实验目标的基础上，教师要重视设计好分层合作实验过程，这是获取良好的实验效果的关键[3]。物理分层合作实验的实践过程一般分实验准备、实验操作、数据处理和完成报告等不同阶段。例如，在“测电源电动势和内阻”实验中，教师积极结合以下环节，引领学生开展互动借鉴、合作实验探究。

1.实验准备阶段

在准备阶段，教师要先布置好实验预学案，鼓励学生先做好实验预习，明确实验活动目的、实验原理、实验方法和步骤，以及要注意观察实验现象、记录实验数据等要求；可以先开放物理课堂，让学生小组进行理论探究学习，在实验活动前先弄清楚关于“测电源电动势和内阻”实验的原理和内容；指导学生预备好开关、干电池、电流表、电压表、滑动变阻器、导线等充足的实验器材。这样不仅能有效避免学生在实验中盲目操作，还能保证学生的动手操作效率。

2.实验操作阶段

教师先利用多媒体展示预设的“电池的电动势和内阻测定”电路图，引导各小组复习闭合电路欧姆定律和各类表达式，结合闭合电路欧姆定律例题来尝试开展设计电路图，自由选择实验设备，进行分组讨论电路图设计原理，进入测量电路图设计。

进入新课，教师引导学生分组讨论各小组设计方案的优点和不足，记录讨论的过程和结果，为进一步实验提出具体建议。然后，进入测量操作环节，教师鼓励各小组结合电路设计图，选择优化后最简便、操作性強的设计方案，选取器材连接实物图，关注操作细则。

尤其在实验操作过程中，教师必须对各个层次学生加强实验指导，引导分工协作，保障每个学生都有充分的动手操作机会。首先，各学生小组围绕实验原理、电路图设计、相关数据处理等话题进行互动交流、合作讨论，规划和设计具体实验步骤，提出实验主张和提纲。其次，开展分层合作实验，鼓励B层中等生先进行动手操作示范，A层优秀生指导C层后进生；接着让各个小组中的学生按序轮换动手操作，其他同学在旁配合共同完成实验过程。这样，可以促使学生人人参与动手操作，避免以往只有个别的优秀生进行“独演”实验，而其他同学只能看实验的不良现象。所以，教师要适时微调组员的配置，让全体组员都有机会参加实验操作。最后，在分层实验过程中，要充分激发各个小组的合作热情，使他们在融洽有序的氛围中尽情融入实验进程，开展操作训练，尝试实验方案。有的小组努力应用了伏阻法，有的小组积极利用伏安法，有的小组则运用公式法进行实验，他们在分层探索、紧密合作、共同探讨的实验过程中，很好地发挥了优异的学习潜力和质疑精神。

3.数据处理和完成报告阶段

在此阶段，教师要及时指导学生全面收集各项实验数据，对记录、获得的多组测量数据进行分组数据统计、讨论、分析和处理，细心反思实验操作，精心设计分析表格，总结形成实验成果分析报告，促使他们深刻把握测定电池电动势和内阻的方法，真正学会运用图像法分析处理实验数据，实现各个层次的学生都学有所获、学有所成。此时教师要融入学生中，适时协助各小组完成实验数据分析。

（四）分层实施评价，巩固合作实验成果

在“测电源电动势和内阻”实验后，教师特别要强化目标意识，检查学生的实验结果是否达标，以期更好地巩固合作实验的成果。

1.小组自评

教师要引导学生小组做好自评，全面陈述完成实验的过程和结果等情况，对本组分层合作实验中的实验结果、组员配合、实验误差、操作失误等真实表现进行自主评价，总结本组的成绩和成果，指出实验不足之处。

2.组间互评

接着要指引各小组进行互评，对比不同组别的分层合作实验效果，相互评价各组的优点和特色，积极交流、分享和借鉴各组的优秀实验报告，指明存在的不足。特别是互评中，各组认识到实际测量电表都不是理想电表，他们通过相互评价和思考，针对电表测量中存在的“误差”，结合闭合电路U-I图像，进行定性分析，最终理解这些由电动势和内阻测量引起的误差，在组间讨论和评价中有效解决问题。

3.教师点评

最后教师要适时做好教师评价，对实验探究总体情况进行汇总、点评和分析，帮助各小组认清自身的优势及不足，指出实验中有待于改进的方面。尤其是各小组通过相互评价和交流，促使学生及时发现了“测电源电动势和内阻”实验过程中存在的焦点问题，领悟必须注意实验误差的分析，深刻认识到：由于电源内阻较小，导致电压表数范围变化不大，因此要合理选用坐标系；滑动变阻器阻值应该比电源内阻大几倍即可，过大的话，电压表示数变化太小。这样，通过实施科学评价，可有效促进学生对实验中的关键问题的理解和把握，巩固实验探究效果，实现合作研究能力和科学认知水平的提升。

结束语

普通高中物理新课程标准始终强调，物理课程教学要积极提倡开展分组合作实验教学。教师应坚持融合实验课堂实践，从学生分层、目标分层、实验过程分层、实验评价分层等层面深入研究，创设多样丰富的物理实验教学环境，指引不同层次的学生加强合作实验探究，力求总结形成既体现学生创造个性又彰显团队互助合作的新型物理实验教学模式，真正实现有效实验教学。

参考文献

[1]甘秉洪.新高考背景下构建高中物理实验教学高效课堂的实践研究[J].中国教育学刊，2022（S1）：152-154.

[2]孙勇.基于实验的高中物理教学方法的创新研究[J].高考，2020（9）：29.

[3]涂强春.新高考背景下高中物理实验优化策略研究[J].数理化解题研究，2021（36）：52-53.